CN110616373A

CN110616373A - 一种热作模具钢板及其生产方法

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Publication number: CN110616373A
Application number: CN201910934358.4A
Authority: CN
Inventors: 邓建军; 李建朝; 张亚丽; 李�杰; 赵国昌; 龙杰; 庞辉勇; 吕建会; 郭恒斌; 张西忠; 任鑫磊; 贺霄; 彭世宝; 袁忠业; 赵向政; 高雅; 毕殿阁; 董亚楠; 李铮; 刘彦强
Original assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuyang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2019-12-27

Abstract

本发明公开了一种热作模具钢板及其生产方法，所述钢板化学成分组成及其重量百分含量为：C：0.30%～0.43%，Si：0.80%～1.20%，Mn：0.30%～0.60%，P≤0.025%，S≤0.005%，Cr：4.00%～5.50%，Mo：1.20%～1.50%，V：0.80%～1.10%，Al：0.015%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。钢板的生产方法包括下述步骤：（1）冶炼；（2）模铸；（3）加热；（4）轧制；（5）轧后钢板退火。模铸扁钢锭直接轧成钢板，以轧代锻，生产特厚高品质热作模具钢板。

Description

一种热作模具钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种热作模具钢板及其生产方法，属于冶金技术领域。

背景技术

该钢具有高的淬透性和抗热裂能力，该钢含有较高含量的碳和铬，耐磨性好，韧性相对有所减弱，具有良好的耐热性，在较高温度时具有较好的强度和硬度，高的耐磨性的韧性，优良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性，用于制造冲击载荷大的锻模，热挤压模，精锻模，铝、铜及其合金压铸模。现有国内外生产优质热作模具钢全部采用电渣重熔生产方式。

发明内容

本发明提供一种热作模具钢板的生产方法，碳工钢的基础上加入合金元素而形成的钢种，钢中加入铬对提高钢的耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度和淬透性都有有利的影响，同时它溶入基体中会显著改善钢的耐蚀性能，再通过后续合理的热处理工艺，得到大厚度和性能良好的钢板。

本发明所采取的技术方案是：

一种热作模具钢板，所述钢板化学成分组成及其重量百分含量为：C：0.30%～0.43%，Si：0.80%～1.20%，Mn：0.30%～0.60%，P≤0.025%，S≤0.005%，Cr：4.00%～5.50%，Mo：1.20%～1.50%，V：0.80%～1.10%，Al：0.015%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种热作模具钢板的生产方法，包括下述步骤：

（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理；钢水的重量百分比组成为：C：0.30%～0.43%，Si：0.80%～1.20%，Mn：0.30%～0.60%，P≤0.025%，S≤0.005%，Cr：4.00%～5.50%，Mo：1.20%～1.50%，V：0.80%～1.10%，Al：0.015%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（2）模铸：采用低碳保护渣，浇铸钢锭模内，凝固8小时后脱模，清理后转均热炉进行加热；

（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1100～1240℃，总加热时间为20～40h，均热时间≥8h；

（4）轧制：加热温度1100℃～1240℃，开轧温度1050℃～1100℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧≥880℃，总压下率达到≥60%；

（5）退火：轧后钢板装炉退火，退火工艺：采用两阶段退火工艺：第一阶段850℃-880℃，第二阶段700℃-760℃，炉冷到450℃-550℃出炉，总在炉时间≥24h。

优选方案为，步骤(1)中的真空脱气处理的真空度≤66.7Pa，真空保持时间≥25min。

优选方案为，所述步骤(1)中VD炉前加入CaSi块≥100kg/炉或直径为1cm的Fe-Ca线100m/炉。

优选方案为，步骤(2)中的浇注温度为1530～1560℃。

优选方案为，钢板的最大厚度为60-150mm。

优选方案为，所述步骤(2)中采用低碳保护渣的加入量30kg/t；低碳保护渣中的碳含量小于0.010%。

优选方案为，所述步骤(4)中奥氏体再结晶区低速大压下轧制,每道次压下量大于30%。

本发明的热作模具钢板，是在碳工钢的基础上加入合金元素而形成的钢种。采用锰固溶强化；加入少量的Al、Nb细化晶粒，利用其强化作用，增加钢板强度。其中，各组分及含量在本发明中的作用是：

C：钢中含碳量决定钢的基体硬度，对工模具钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化。另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对热作模具钢,这种合金碳化物除少量残留的以外，还要求它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生两次硬化现象。从而由均匀分布的残留合金碳化合物和回火马氏体的组织来决定热作模具钢的性能。由此可见，钢中的含C量不能太低。因此本发明厚度的钢板，将碳含量控制范围设定为0.30%～0.43%。

Cr：铬能提高碳素钢轧制状态的强度、硬度和耐磨性而不使钢变脆。铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。在热处理时不易脱碳，有良好的回火稳定性。本发明厚度的钢板，将铬含量控制范围设定为4.00%～5.50%。

Mo：钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，在模具钢中，钼还能保持钢比较稳定的硬度，增加对变形开裂和磨损等的抗力。含1%左右的钼具有耐磨性、回火硬度和红硬性等。

Si：硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，但硅过量时，会造成钢的韧性下降，导致焊缝熔合区脆性，故设定硅含量为1.00%左右。

Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利，故设定控制范围为0.90%～1.60%。

V: 钒和碳、氨、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。钒在钢中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是细化钢的组织和晶粒，提高钢的强度和韧性。钒在工模具钢中细化晶粒，降低过热敏感性，增加回火稳定性和耐磨性，从而延长了工具的使用寿命。本发明专利V含量控制在0.80%～1.10%。

P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷弯性能变差；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此，应尽量减少磷和硫在钢中的含量(P≤0.025%，S≤0.005%)。

Al：铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。故设定控制范围为0.015%～0.045%。

本发明采用模铸及精炼工艺，生产的钢水P、S含量低，钢质纯净；采用Ⅰ型轧制工艺，充分发挥了合金元素在钢种的强化作用。

本发明的钢板具有以下优点：

①本发明的钢板，具有组织均匀、良好的各向同性，厚度广泛等特点，各项性能指标均满足标准要求。

②本发明的钢板，采用普通钢锭生产，应用热作模具钢，且使用量较大，不仅节约了生产成本，还缩短了生产周期，实现快速交货，为国家模具行业作出了巨大贡献。

③本发明的控制轧制工艺，促进了钢铁行业的技术进步，也为其它用途合工钢的控制轧制工艺开发提供了相关技术储备。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本发明的热作模具钢板采用铬强度、硬度和耐磨性；加入少量的Si、Mo、V、Al复合强化，增加钢板强度和硬度。

（2）本发明两阶段退火工艺代替普通退火工艺，保证碳化物充分球化，均匀组织，提高了钢板冲击韧性及其均匀性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地说明；

实施例1

本实施例的钢种为H13，钢板厚度为60mm，按下述步骤生产：

（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/炉或直径为1cm的Fe-Ca线100m/炉；钢水的重量百分比组成为：C：0.38%，Si：0.90%，Mn：0.50%，P：0.015%，S：0.003%，Cr：4.80%，Mo：1.20%，V：1.05%，Al：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1240℃，总加热时间为25h，均热时间8h；

（4）轧制：加热温度1240℃，开轧温度1050℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧910℃，总压下率达到90%，轧后带温及时缓冷。

（5）退火：轧后钢板装炉退火，退火工艺：采用两阶段退火工艺：第一阶段860℃，第二阶段730℃，炉冷到500℃出炉。总在炉时间25h。

经检测，60mm厚H13成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度340MPa，抗拉强度630MPa， 20℃冲击功52J、55J、49J。

实施例2

本实施例的钢种为H13，钢板厚度为80mm，按下述步骤生产：

（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/炉或直径为1cm的Fe-Ca线100m/炉；钢水的重量百分比组成为：C：0.39%，Si：1.10%，Mn：0.49%，P：0.015%，S：0.003%，Cr：5.00%，Mo：1.20%，V：1.05%，Al：0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1240℃，总加热时间为28，均热时间9h；

（4）轧制：加热温度1220℃，开轧温度1060℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧900℃，总压下率达到80%，轧后带温及时缓冷。

（5）退火：轧后钢板装炉退火，退火工艺：采用两阶段退火工艺：第一阶段880℃，第二阶段750℃，炉冷到480℃出炉。总在炉时间≥28h。

经检测，80mm厚H13成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度400MPa，抗拉强度640MPa， 20℃冲击功45J、44J、41J。

实施例3

本实施例的钢种为H13，钢板厚度为120mm，按下述步骤生产：

（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/炉或直径为1cm的Fe-Ca线100m/炉；钢水的重量百分比组成为：C： 0.42%，Si：1.20%，Mn：0.50%，P：0.015%，S：0.000%，Cr：4.50%，Mo：1.20%，V：1.10%，Al：0.023%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1230℃，总加热时间为30h，均热时间9h；

（4）轧制：加热温度1235℃，开轧温度1080℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧890℃，总压下率达到70%，轧后带温及时缓冷。

（5）退火：轧后钢板装炉退火，退火工艺：采用两阶段退火工艺：第一阶段880℃，第二阶段760℃，炉冷到520℃出炉。总在炉时间30h。

实施例4

本实施例的钢种为H13，钢板厚度为150mm，按下述步骤生产：

（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块100kg/炉或直径为1cm的Fe-Ca线100m/炉；钢水的重量百分比组成为：C： 0.43%，Si： 1.20%，Mn： 0.60%，P≤0.015%，S≤0.002%，Cr：5.50%，Mo：1.30%，V： 1.10%，Al：0.035%，余量为Fe和不可避免的杂质；

（3）加热：最高加热温度为1260℃，均热温度为1240℃，总加热时间为40h，均热时间10h；

（4）轧制：加热温度1240℃，开轧温度1100℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧930℃，总压下率达到60%，轧后带温及时缓冷。

（5）退火：轧后钢板装炉退火，退火工艺：采用两阶段退火工艺：第一阶段880℃，第二阶段740℃，炉冷到500℃出炉。总在炉时间≥35h。

经检测，150mm厚H13成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板屈服强度330MPa，抗拉强度630MPa，20℃冲击功50J、49J、55J。

Claims

1.一种热作模具钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及其重量百分含量为：C：0.30%～0.43%，Si：0.80%～1.20%，Mn：0.30%～0.60%，P≤0.025%，S≤0.005%，Cr：4.00%～5.50%，Mo：1.20%～1.50%，V：0.80%～1.10%，Al：0.015%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种热作模具钢板的生产方法，其特征在于：钢板的最大厚度为60mm-150mm。

3.一种如权利要求1所述的热作模具钢板的生产方法，其特征在于，包括下述步骤：

4.根据权利要求3所述的一种热作模具钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中的真空脱气处理的真空度≤66.7Pa，真空保持时间≥25min。

5.根据权利要求3所述的一种热作模具钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中VD炉前加入CaSi块≥100kg/炉或直径为1cm的Fe-Ca线100m/炉。

6.根据权利要求3所述的一种热作模具钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浇注温度为1530℃～1560℃。

7.根据权利要求3所述的一种热作模具钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用低碳保护渣的加入量30kg/t；低碳保护渣中的碳含量小于0.010%。

8.根据权利要求3所述的一种热作模具钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(4)中奥氏体再结晶区低速大压下轧制,每道次压下量大于30%。